Выбор модели распространения

Введение

Модели распространения позволяют вам предсказать распространение и ослабление радиосигналов, когда сигналы перемещаются через окружение. Можно симулировать различные модели с помощью propagationModel функция. Кроме того, можно определить область значений и потери пути радиосигналов в этих моделируемых моделях при помощи range и pathloss функций.

В следующих разделах описываются различные модели распространения и трассировки лучей. Таблицы в каждом разделе перечисляют модели, которые поддерживаются propagationModel функция и сравнение для каждой модели поддерживаемых областей значений, комбинаций моделей и ограничений.

Атмосферный

Атмосферные модели распространения предсказывают потери пути между сайтами как функцию расстояния. Эти модели предполагают условия видимости (LOS) и игнорируют искривление Земли, местности и других препятствий.

Модель	Описание	Частота	Комбинации	Ограничения
freespace	Идеальная модель распространения с четкой линией зрения между передатчиком и приемником	Область значений отсутствует	Может сочетаться с дождем, туманом и газом	Принимает линию визирования
дождь	Распространение сигнала радиоволны и его потери пути в дождь. Для получения дополнительной информации см. раздел [3].	От 1 до 1000 ГГц	Может быть объединена с любой другой моделью распространения	Принимает линию визирования
газ	Распространение радиоволнового сигнала и его потери пути от кислорода и водяного пара. Для получения дополнительной информации см. раздел [5].	От 1 до 1000 ГГц	Может быть объединена с любой другой моделью распространения	Принимает линию визирования
туман	Распространение сигнала радиоволны и его потери пути в облаке и тумане. Для получения дополнительной информации см. раздел [2].	От 10 до 1000 ГГц	Может быть объединена с любой другой моделью распространения	Принимает линию визирования

Эмпирический

Как и атмосферные модели распространения, эмпирические модели предсказывают потерю пути как функцию расстояния. В отличие от атмосферных моделей, близкая эмпирическая модель поддерживает условия, не связанные с линией зрения (NLOS).

Модель	Описание	Частота	Комбинации	Ограничения
close-in	Распространение сигналов в городских сценариях макро- камера. Для получения дополнительной информации см. раздел [1].	Область значений отсутствует	Может сочетаться с дождем, туманом и газом	—

Ландшафт

Модели распространения местности предполагают, что распространение происходит между двумя точками над срезом местности. Используйте эти модели для вычисления потерь пути «точка-точка» между участками по нерегулярной местности, включая создания.

Модели местности вычисляют потери пути от потерь свободного пространства, дифракции местности и препятствий, отражения земли, атмосферного преломления и тропосферного рассеяния. Они обеспечивают оценки потерь пути путем объединения физики с эмпирическими данными.

Модель	Описание	Частота	Комбинации	Ограничения
лонгли-рис	Также известна как нерегулярная модель местности (ITM). Для получения дополнительной информации см. раздел [4].	20 МГц до 20 ГГц	Может сочетаться с дождем, туманом и газом	Высота антенны не менее 0,5 м и не более 3000 м
tirem	Рельеф местности Интегрированный Грубо-Земной Model™	От 1 МГц до 1000 ГГц	Может сочетаться с дождем, туманом и газом	Требуется доступ к внешней библиотеке TIREM Высота антенны не более 30000 м

Трассировка лучей

Трассировка лучей моделей вычисление путей распространения с помощью 3-D окружений геометрии ([8], [9]). Они определяют потери пути и сдвиг фазы каждого луча с помощью электромагнитного анализа, включая трассировку горизонтальной и вертикальной поляризации сигнала через путь распространения. Потери пути включают как потери свободного пространства, так и потери отражения. Для каждого отражения модель вычисляет потери на горизонтальной и вертикальной поляризации с помощью уравнения Френеля, падающего угла и относительной диэлектрической проницаемости и проводимости поверхностного материала ([6], [7]) на заданной частоте.

В то время как другие поддерживаемые модели вычисляют одни пути распространения, модели трассировки лучей вычисляют несколько путей распространения.

Эти модели поддерживают как внешнюю 3-D так и внутренние окружения.

Метод трассировки лучей	Описание	Частота	Комбинации	Ограничения
изображение	Поддерживает до двух отражений пути и вычисляет точные пути распространения. Вычислительная сложность увеличивается экспоненциально с количеством отражений	от 100 МГц до 100 ГГц	Может сочетаться с дождем, туманом и газом	Не включает эффекты от преломления, дифракции и рассеяния
стреляющие и прыгающие лучи (SBR)	Поддерживает до 10 отражений пути и вычисляет приблизительные пути распространения. В результате местоположения приемника участков, рассчитанные методом SBR, не являются точными. Точность вычисленных путей распространения уменьшается с увеличениями длины путей. Вычислительная сложность увеличивается линейно с количеством отражений. В результате способ SBR обычно быстрее, чем способ изображения.	от 100 МГц до 100 ГГц	Может сочетаться с дождем, туманом и газом	Не включает эффекты от преломления, дифракции и рассеяния

Алгоритмы

Этот рисунок показывает, как способ изображения вычисляет путь распространения единственного луча отражения от передатчика, Tx, к приемнику, Rx. Метод изображения определяет местоположение изображения Tx, Tx', относительно плоской поверхности отражения. Затем метод соединяет Tx' и Rx с сегментом линии. Если сегмент линии пересекает плоскую поверхность отражения, показанную как Q на рисунке, то существует допустимый путь от Tx до Rx. Метод определяет пути с несколькими отражениями путем рекурсивного расширения этих шагов.

Ray tracing using the image method

Этот рисунок показывает, как метод SBR вычисляет путь распространения того же луча. Метод SBR запускает множество лучей из геодезической сферы с центром в Tx. Затем метод отслеживает каждый луч от Tx, так как он отражает, дифрагирует, преломляет или рассеивает окружающие объекты. Обратите внимание, что реализация рассматривает только размышления. Для каждого запущенного луча способ окружает Rx сферой, называемой сферой приема, с радиусом, пропорциональным угловому разделению запущенных лучей и расстоянию, на которое перемещается луч. Если луч пересекает сферу, то модель рассматривает луч как действительный путь от Tx до Rx.

Ray tracing using the SBR method

Ссылки

[1] Солнце, S., Взаимопонимание, T.S., Томас, T., Ghosh, A., Нгуен, H., Ковач, я., Родригес, я., Koymen, O. и Prartyka, A. «Расследование точности предсказания, чувствительности и стабильности параметра крупномасштабных моделей пути распространения потерь для 5G радиосвязи». Транзакции IEEE по автомобильной технологии, Vol.65, № 5, стр. 2843-2860, май 2016.

[2] P.840-6 ITU-R. «Ослабление из-за облака и тумана». Сектор радиосвязи МСЭ

[3] P.838-3 ITU-R. «Специфическая модель ослабления для дождя для использования в методах предсказания». Сектор радиосвязи МСЭ

[4] Hufford, George A., Anita G. Longley, and William A.Kissick. «Руководство к использованию модели нерегулярного рельефа ИТС в режиме Предсказания площади». Отчет NTIA 82-100. Pg-7.

[5] P.676-11 ITU-R. «Ослабление атмосферными газами». Сектор радиосвязи МСЭ

[6] ITU-R P.2040-1. «Эффекты строительных материалов и конструкций на распространение радиоволн выше» 100MHz. Международное объединение электросвязи - сектор радиосвязи (МСЭ-Р). Июль 2015 года.

[7] P.527-5 ITU-R. «Электрические характеристики поверхности Земли». Международное объединение электросвязи - сектор радиосвязи (МСЭ-Р). Август 2019.

[8] Юнь, Чжэнцин и Магди Ф. Искандер. Ray Tracing for Radio Propagation Modeling: Principles and Applications (неопр.) (недоступная ссылка). IEEE Access 3 (2015): 1089-1100. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2015.2453991.

[9] Шобах, K.R., N.J. Дэвис и Т. С. Раппапорт. «Метод трассировки луча для прогнозирования потерь пути и задержки распространения в микроклеточных окружениях». В [1992 Proceedings] Общество автомобильных технологий 42-я Конференция СДС - Границы технологии, 932-35. Денвер, CO, США: IEEE, 1992. https://doi.org/10.1109/VETEC.1992.245274.

См. также

propagationModel | raytrace

Документация